（交通运输工程专业论文）高掺量粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用研究(1).pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o t o n g j iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h , fort o n g l 1um v e r s i c o n t o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r l t h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g h i g h f l yc o n t e n tc o n c r e t ea p p l i e dt o b r i d g e w o r k s c h o o l d e p a r t m e n t ：s c h o o lo fc i v i le n g i n e e r i n g d i s c i p l i n e ： c i v i le n g i n e e r i n g 一 一 m a j o r ：s t r u c t u r a le n g i n e e r i n g c a n d i d a t e ：c h a n gx i n g - k e s u p e r v i s o r ：p r o f y ef e n a p r i l , 2 0 0 8 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 妣、私 矽年7 月夕e t 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 一繇嘞 日 摘要 摘要 火力发电厂以燃煤为燃料，燃烧后的灰渣一般占原煤重量的1 5 - - 4 0 ，因此 电厂的排灰量十分惊人，势必占用大量土地，并造成严重污染。在山西省桥梁建 设中，粉煤灰混凝土的使用较少，即使使用掺量也较低，因此有必要对高掺量粉 煤灰混凝土进行进一步研究，提出掺量范围，并广泛应用于桥梁工程中。 本论文通过裂区试验结果分析可知，水胶比对混凝土抗压强度是极显著影响 因素，粉煤灰掺量、外加剂品种对混凝土抗压强度是显著影响因素；通过不同外 加剂种类、不同水胶比、不同粉煤灰掺量对粉煤灰混凝土长龄期发展特性、碳化 试验、冻融试验、干缩试验等的综合研究，得出水胶比、粉煤灰掺量、外加剂种 类、龄期对粉煤灰混凝土力学、变形及耐久性的影响，为设计性能良好的高掺量 粉煤灰混凝土提供了可靠的依据； 通过高掺量粉煤灰混凝土与普通混凝土的技术经济比较，提出高掺量粉煤灰 混凝土应用于桥梁工程的可行性及粉煤灰掺量范围；使用普通高效减水剂粉煤灰 掺量宜选用1 5 - 3 0 ，采用激发性外加剂宜选用3 0 - - 6 0 ，但必须根据具体部 位精心设计，不能一概而论。如粉煤灰混凝土灌注桩中的粉煤灰掺量可达4 0 以 上。 将粉煤灰作为第五组分进行粉煤灰混凝土的配合比设计，改变传统的替代设 计方法，并提出高掺量粉煤灰混凝土的施工要点，如保证搅拌均匀、严格控制现 场混凝土的振捣时间、加强早期养护等。 以本论文研究成果为基础，最后确定的用于工程施工的配合比满足现场施工 工艺对混凝土施工性能的要求和设计图纸对其强度、耐久性等功能的要求，并在 一定程度上降低了工程建设成本，收到了良好的效果，希望通过本论文的研究， 能够对粉煤灰混凝土在山西桥梁工程中的推广应用起到促进作用。 关键词：桥梁，高掺量粉煤灰混凝土，耐久性，掺量范围，配合比设计，施工要 点 摘要 a b s t r a c t t oc o a l - f i r e dt h e r m a lp o w e rp l a n tf o rf u e l ，t h eb u m i n go fc o a la s hi n g e n e r a lt h e w e i g h to f15 t o4 0 ，p o w e rp l a n ta s hi nt h er o wi sv e r ya l a r m i n g ，i ti sb o u n dt ot a k e u pal o to fl a n da n dc a u s i n gs e r i o u sp o l l u t i o n s h a n x ip r o v i n c ei nt h eb r i d g e c o n s t r u c t i o n ，t h eu s eo ff l ya s hc o n c r e t el e s s ，e v e nu s i n gt h el o w e ra m o u n t ，t h e r ei sa n e e df o rh i g h v o l u m ef l ya s hc o n c r e t ef o rf a r t h e rr e s e a r c h ，t h es c o p eo f c o n t e n t a n d w i d e l yu s e di nb r i d g ep r o j e c ti n i nt h i sp a p e r ，t h r o u g ht h ec l e f to nt r i a lr e s u l t si n d i c a t e st h a tw a t e r - c e m e n tr a t i oo f t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc o n c r e t ei sa v e r ys i g n i f i c a n ti m p a c t ，f l ya s hc o n t e n t , c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc o n c r e t ea d m i x t u r es p e c i e si ss i g n i f i c a n te f f e c to nt h ef a c t o r s t h r o u g ht h ea d m i x t u r eo fd i f f e r e n tt y p e s ，d i f f e r e n tw a t e r c e m e n tr a t i o ，d i f f e r e n tn ya s h c o n t e n to ff l ya s hc o n c r e t ed e v e l o p m e n to fa l o n ga g e ，c a r b o n a t i o nt e s t s ，f r e e z e t h a w t e s t ，t e s ts h r i n k a g eo ft h ec o m p r e h e n s i v e s t u d y ，t h a tw a t e r - c e m e n tr a t i o ，t h ea m o u n to f f l ya s h ，t h et y p e so fa d d i t i v e s ，n ea g eo ff l ya s hc o n c r e t em e c h a n i c s ，d e f o r m a t i o na n d d u r a b i l i t yo ft h ei m p a c to fg o o dd e s i g nf o rt l l eh i g h v o l u m ef l ya s hc o n c r e t et op r o v i d e ar e l i a b l eb a s i s ； t h r o u g hh i g h - v o l u m ef l ya s hc o n c r e t ea n do r d i n a r yc o n c r e t et e c h n i c a la n d e c o n o m i c ，b yh i g h v o l u m ef l ya s hc o n c r e t eu s e di nb r i d g ee n g i n e e r i n gf e a s i b i l i t yo ff l y a s hc o n t e n ta n ds c o p eo ft h eu s eo f g e n e r a ls u p e r p l a s t i c i z e rf l ya s hc o n t e n tt oc h o o s e 15p e r c e n tt o3 0p e r c e n t , u s eo fa d d i t i v e st os t i m u l a t es e l e c t e d3 0 t o6 0 ，b u tm u s tb e c a r e f u l l yd e s i g n e db a s e do ns p e c i f i cs i t e s ，w ec a l ln o tg e n e r a l i z e s u c ha sf l ya s h c o n c r e t ep i l e so f f l ya s hc o n t e n to fu pt o4 0p e r c e n t f l ya s hw i l lb ec a r r i e do u ta st l l ef i 胁c o m p o n e n to ft h ef l ya s hc o n c r e t em i x d e s i g n ，t oc h a n g et h et r a d i t i o n a lm e t h o do fa l t e r n a t i v ed e s i g na n dm a k eh i g h v o l u m en v a s hc o n c r e t ec o n s t r u c t i o ne l e m e n t s ，s u c ha sg u a r a n t e e i n gu n i f o r m m i x i n g ，a n ds t r i c t l y c o n t r o lt h es c e n eo ft h ec o n c r e t e - r a m m i n g t i m e ，s t r e n g t h e n i n go fe a r l yc o n s e r v a t i o n , a n ds oo n t ot h i st h e s i si sb a s e do nr e s e a r c hr e s u l t s ，f i n a l i z e df o r t h ec o n s t r u c t i o no f t h em i x t om e e tt h ec o n s t r u c t i o ns i t eo ft h ec o n c r e t ec o n s t r u c t i o no ft h er e q u i r e m e n t sa n dd e s i g n d r a w i n g so fi t ss t r e n g t h ，d u r a b i l i t ya n do t h e rf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，a n dt oac e r t a i n e x t e n t , r e d u c et h ep r o j e c tc o n s t r u c t i o nc o s t s ，w i t hg o o dr e s u l t s ，h o p et h a tt h r o u g ht h i s t h e s i sr e s e a r c h ，c a l lf l ya s hc o n c r e t e b r i d g ep r o j e c ti ns h a n x ii nt h ep r o m o t i o na n d a p p l i c a t i o no fap r o m o t i n gr o l e k e yw o r d s ：b r i d g e s ，h i g h v o l u m ef l ya s hc o n c r e t e ，d u r a b i l i t y , t h es c o p eo fc o n t e n tt o m e e tt h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o ne l e m e n t s n 1 3 主要研究内容- 5 第2 章粉煤灰混凝土配合比及使用性能的试验研究6 2 1 原材料及其性能- 6 2 1 1 水泥6 2 1 2 砂7 2 i 3 碎石9 2 1 4 粉煤灰1 0 2 1 5 外加剂”一一”“”1 1 2 2 粉煤灰混凝土配合比试验研究1 2 2 2 1 配合比试验技术要求- 1 2 2 2 2 试验方案及其设计步骤1 2 2 2 3 裂区试验设计及试验结果分析1 3 2 2 4 粉煤灰掺量对粉煤灰混凝土抗压强度的影响2 5 2 2 5 水胶比对粉煤灰混凝土抗压强度的影响2 7 2 3 粉煤灰混凝土长龄期强度特性试验研究- 2 9 2 3 1 南京外加剂粉煤灰混凝土长龄期强度特性研究2 9 2 3 2 山西外加剂粉煤灰混凝土长龄期强度特性研究3 2 2 3 3 两种外加剂粉煤灰混凝土长龄期强度特性的对比研究3 3 2 4 粉煤灰混凝土耐久性的研究3 4 2 4 1 粉煤灰混凝土碳化与钢筋锈蚀3 4 2 4 2 抗渗性4 l 2 4 3 抗冻性4 4 2 4 4 抗硫酸盐性能4 8 2 4 5 抗氯离子渗透4 9 目录 2 4 6 抑制碱骨料反应5 1 2 4 7 海水侵蚀5 2 2 4 8 耐磨性能5 4 2 5 粉煤灰混凝土的强度特性5 6 2 5 1 抗压强度5 6 2 5 2 抗拉强度5 8 2 5 3 弹性模量- - - - 5 8 2 6 粉煤灰混凝土的变形特性6 0 2 6 1 化学收缩6 0 2 6 2 干缩与徐变6 1 2 7 提出试验工程粉煤灰混凝土配合比6 4 2 8 小结- - - 6 4 2 8 1 试验研究结论6 4 2 8 2 粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用6 5 第3 章高掺量粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用技术6 6 3 1 粉煤灰混凝土与普通混凝土性能对比及其在桥梁工程中的应用6 6 3 2 粉煤灰混凝土配合比设计6 7 3 2 1 d u n s t a n 设计法6 8 3 2 2 d h i r 设计法6 9 3 2 3 h f c c 配合比参数选择的研究7 0 3 3 粉煤灰混凝土施工应用指南- 7 1 3 3 1 粉煤灰混凝土基本特性和有关标准7 2 3 3 2 粉煤灰混凝土生产质量控制注意事项7 3 3 3 3 粉煤灰混凝土施工的规定7 6 3 3 4 预拌粉煤灰混凝土的生产7 8 3 3 5 连续浇注大体积粉煤灰混凝土基础8 0 3 3 6 粉煤灰混凝土桥面8 1 3 8 ，j 、结8 1 3 8 1 粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用- - - 8 1 3 8 2 粉煤灰混凝土配合比设计- - 8 2 h 目录 第4 章工程实例8 3 4 1 试验工程概况8 3 4 2 原材料试验- - 8 3 4 2 1 检测依据8 3 4 2 2 才( 泥8 3 4 2 3 粗集料8 4 4 2 4 细集料8 5 4 2 5 外加剂“一”8 5 4 2 6 粉煤灰8 6 4 2 7 混凝土拌和及养护用水8 6 4 3 施工配合比8 6 4 3 1 设计原则8 6 4 3 2 粉煤灰混凝土施工配合比实例一8 7 4 3 3 粉煤灰混凝土施工配合比实例二8 7 4 4 准备工作8 8 4 4 1 收集工程地质资料和水文地质资料8 8 4 4 2 钢筋骨架的制作8 9 4 4 3 机械设备- 8 9 4 4 4 检测设备- 9 0 4 5 旌工- 一一一一9 0 4 5 1 施工工序- 9 0 4 5 2 施工工艺9 4 4 5 3 各工序要求及注意事项9 5 4 6 施工检测及质量评定- 9 6 4 6 1 粉煤灰混凝土施工检测及评定实例一- 9 6 4 6 2 粉煤灰混凝土施工检测及评定实例二o0 1 0 0 4 7 小结- 1 0 2 第5 章技术及经济效果分析1 0 3 5 1 技术效果1 0 3 5 2 经济效果- 1 0 3 i i i 目录 第6 章结论与展望一一一一 1 0 6 6 1 试验研究结论”一“”一一一一1 0 6 6 2 高掺量粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用”一一一一一1 0 7 6 3 今后研究方向”一”一一一”一1 0 7 致 射一一”1 0 8 参考文献一一一一一一一”“一一一一一1 0 9 个人简历”一一”一一一1 11 i v 第1 章引言 1 1 研究背景及意义 第1 章引言 我国有丰富的煤炭资源，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤的火力发电为主。 粉煤灰作为燃煤电厂的副产品，如果利用不好，不仅占地、占水域，而且污染环境， 给人们生产和生活带来不便。 我国1 9 9 0 1 9 9 7 年粉煤灰的总排放量与利用情况如表1 1 摘自赵铁军、杨卫 东的粉煤灰与高强、高性能混凝土，混凝土，1 9 9 9 ( 4 ) 。 表1 1 全国粉煤灰的排放与利用情况 内容 1 9 9 01 9 9 l1 9 9 21 9 9 3 1 9 9 41 9 9 5 1 9 9 61 9 9 7 总排 6 7 7 9 07 4 8 3 0 7 9 8 2 08 6 0 0 09 1 1 4 09 9 3 6 0 l l o l 0 o 1 0 6 0 6 8 总用1 9 7 5 02 3 2 1 02 5 4 7 02 9 9 3 03 7 0 0 04 1 4 5 04 6 2 4 04 5 8 4 4 利用率 2 9 13 1 03 1 93 4 84 0 04 1 74 2 o4 3 2 利 建材 用 建工 7 8 5 09 2 5 31 1 2 1 51 3 8 1 31 3 7 7 01 6 5 9 01 7 7 5 01 7 2 8 2 途 道路 2 3 3 03 2 1 45 5 6 67 4 3 41 0 4 7 01 2 9 2 02 0 0 6 01 8 5 0 2 回填5 0 5 07 4 8 44 8 5 14 6 2 38 0 4 08 4 5 04 2 1 o7 1 5 0 径 其它2 7 7 02 8 9 73 8 4 74 0 5 94 7 2 03 4 9 04 2 2 03 9 0 7 可以看出，粉煤灰的总排放量有逐年增加之势，2 0 0 0 年排放量已超过1 6 亿吨， 历年积存的粉煤灰已超过l o 亿吨，粉煤灰的总利用率也有逐年增加之势，目前超过 了4 0 ；主要利用途径是：建材与建工、道路、回填等，其中用于建材与建工方面 占总用量的3 5 左右。我国上海粉煤灰的利用水平最高，9 7 年利用率就达到了1 0 0 不仅当年排放的粉煤灰全部用完，而且挖出和使用了部分往年排放的粉煤灰。 山西省作为能源大省，储藏有丰富的煤炭资源，火力发电厂遍布全省。粉煤灰 资源相当丰富，年排灰量在6 0 0 万吨左右。但在应用方面还较为落后，绝大部分得 不到充分利用，严重污染环境并浪费大量土地堆放储存。随着经济的发展，公路建 设日新月异。桥梁是道路的主要构造物，其中混凝土是用量最大的建筑材料之一。 如果能将粉煤灰混凝土大量应用于桥梁等公路工程中，不仅可以节省造价、降低成 本，而且可以保护环境，具有良好的社会效益和经济效益。 最初，在道路工程中粉煤灰是与石灰掺配后修筑基层或稳定土基 摘自赵祖康、 李国豪、徐以枋的道路与交通工程词典，北京，人民交通出版社，1 9 8 3 年 ，开 始仅出于经济性考虑，为节约水泥或弥补细料的不足。随着对粉煤灰在混凝土中效 应研究的不断深入以及应用经验的积累，其优点被逐渐发现。尤其是在使用高效减 l 第1 章引言 水剂后，粉煤灰混凝土早期强度提高、耐久性明显改善，使粉煤灰混凝土在各种建 筑中大量应用，但到目前为止，山西省在桥梁工程中使用粉煤灰混凝土较少，即使 使用，掺量也较低，对掺量较高的粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用研究的不多。 所以，系统地进行粉煤灰混凝土在桥梁工程中应用的研究，对于充分利用粉煤灰， 改善混凝土性能，节省工程造价、降少环境污染对山西省而言具有十分重要意义。 1 2 国内外概况 当粉煤灰问世以后，世界上工业界有识人士就提出了利用粉煤灰的建议。美国 电力部门对粉煤灰在混凝土中应用研究在1 9 3 2 年以前就已开始，但是系统的研究工 作是美国j n , ) , h 大学理工学院的r e 戴维斯教授于1 9 3 3 年开始的，起初他致力于混凝 土和砂浆中掺加粉煤灰的初期研究。1 9 3 5 - - 1 9 4 0 年他接受美国电力公司的委托，进 行了比较完善的试验研究，为粉煤灰在美国混凝土中的应用提供了较完善的技术。 1 9 4 8 - - 1 9 5 3 年美国垦务局在建造蒙大拿州俄马坝工程中使用l o 余万吨粉煤灰，取 得了改善混凝土性能、节约水泥的优良效果。上世纪5 0 年代，美国、英国等很多国 家在混凝土大坝工程中广泛使用粉煤灰混凝土，英国、法国、德国、前苏联、波兰、 日本、印度等国的水利工程中也应用了粉煤灰混凝土。 上世纪6 0 年代至7 0 年代，随着对粉煤灰基本性质认识的加深以及电气除尘技 术的发展，使细粉煤灰作为混凝土掺合料技术得到发展。其应用范围从素混凝土大 坝中使用发展到在建筑工程和土木工程的各部位使用。 由于在混凝土中掺入粉煤灰既节约了水泥、降低成本，又改善了混凝土的性能， 减少污染、保护环境，使粉煤灰在混凝土申的消耗量不断增加。如，法国1 9 6 0 年在 混凝土中直接掺加的粉煤灰仅9 万吨年，到1 9 8 9 年增至3 6 万吨年；英国一贯致力 于发展混凝土中外掺粉煤灰的技术，1 9 8 2 年英国颁布了应用于钢筋混凝土结构的粉 煤灰品质标准( b s 3 8 9 2 p a r t l ) ，此后经修订的混凝土国家标准以及钢筋混凝土结构施 工技术规程，都列入了允许使用品质符合b s 3 8 9 2 p a r t i 要求的粉煤灰，到目前为止 细粉煤灰掺合料用量己达每年5 0 万吨。 粉煤灰混凝土使用面广。在英国著名的泰晤士河坝工程中，粉煤灰用量占混凝 土胶凝材料的5 0 ；黑山核电站在3 0 - - 4 0 标号的结构混凝土中全部掺加粉煤灰，粉 煤灰掺量占混凝土中胶凝材料总量的2 0 - - - - 4 0 ；北海油田、港口、道路、大型污 水处理工程等，成功地使用了细粉煤灰掺合料：奥地利在混凝土中直接掺加粉煤灰 量己达每年1 5 万吨，主要用于大坝隧道工程；美国、澳大利亚、丹麦等国家利用粉 煤灰，其大部分是在预拌混凝土工业( 即商品混凝土) ，7 0 - - - 8 0 的商品混凝土中 都掺加了粉煤灰。一般情况下，粉煤灰取代水泥2 0 - - 3 0 。 2 第1 章引言 高掺量粉煤灰混凝土( 高掺量粉煤灰混凝土是和其他混凝土一样，也是有水泥、 掺和料、砂石、骨料、外加剂和水等材料组成，但各成分所占比例同常态混凝土有 较大差别。目前，我国的掺和料主要是粉煤灰。我国几十年来在混凝土中粉煤灰掺 量一般在1 5 左右，根据我国经验和习惯把粉煤灰含量在3 0 以上的定义为h f c c ， h i g h f l yc o n t e n tc o n c r e t e ) 是正在发展的技术。美国报道了一种与高效减水剂等复合 掺加配置的高强粉煤灰混凝土( 6 0 - - 一7 0 号) ，其每立方米混凝土中水泥用量仅3 8 0 k g ， 粉煤灰用量达2 2 0 k g ，粉煤灰占胶结材料总量的3 7 ( 注：2 2 0 ( 3 8 0 + 2 2 0 ) 1 0 0 = 3 7 ) 。英国中央发电局所属一些企业，研制粉煤灰掺量占胶结材料总量6 0 的混 凝土，用于建筑结构、立交桥、路面路基。 从以上资料可以看出，国外工业发达国家粉煤灰在混凝土中的应用，已基本遍 及混凝土工程的各个方面，且掺量大( 己发展高掺量粉煤灰混凝土技术) ，商品化程 度高( 大量的商品粉煤灰混凝土) ，技术经济效益好。 我国的燃煤发电站始于上世纪3 0 年代，和许多国家一样，当时粉煤灰只是一种 废料不经过处理就直接排出。我国对粉煤灰利用的研究与先进工业国家相比较晚， 在5 0 年代初期，上海市进行粉煤灰水泥与混凝土的研究：水利电力部有关工程部门 曾在一些大型水利工程中应用了粉煤灰，多数用于大坝内部。1 9 5 6 年冶金建设部在 于硬性混凝土中使用粉煤灰，1 9 5 8 年上海地下工程采用了粉煤灰混凝土，1 9 5 6 年与 1 9 5 9 年，台湾的雾社坝工程和黄河三门峡水利枢纽工程都曾大量应用粉煤灰混凝土。 1 9 6 6 1 9 6 7 年上海水泥厂和永登水泥厂开始小批量生产粉煤灰硅酸盐水泥，上 世纪7 0 年代国家颁布了g b l 3 4 4 7 7 粉煤灰硅酸盐水泥。 上世纪7 0 年代后期，北京石景山电厂为满足日本营造商承包东南亚混凝土工程 以及北京市地下铁道工程需要，开发了符合日本粉煤灰产品规格的磨细粉煤灰。1 9 7 9 年颁布了g b l 5 9 6 7 9 用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准，并于1 9 9 1 年修订，颁布 了g b l 5 9 6 9 1 新标准。城乡建设环境保护部组织编写并颁布j g j 2 8 8 6 粉煤灰在混 凝土和砂浆中应用技术规程。 上世纪8 0 年代，粉煤灰混凝土在我国不少城市建设工程中有了新的发展。上海 市成为发展粉煤灰混凝土新技术试点城市。在“六五”计划期间，因地制宜、重点开 发了适用于钢筋混凝土的磨细粉煤灰产品，通过科研、设计、生产、使用、管理等 部门的大力协同，主要紧密结合预拌混凝土的推广应用，开拓了粉煤灰混凝土在土 木、建筑工程的钢筋混凝土结构中的广泛应用，特别是在高层建筑泵送混凝土中的 应用取得明显的技术经济效果。在市政工程水泥制品中，磨细粉煤灰的应用也有良 好的成绩。 与此同时，伴随我国的改革开放，公路建设出现了前所末有的发展，粉煤灰在 公路工程中的应用取得了显著的技术、经济、社会效益。粉煤灰在我国公路工程中 第1 章引言 主要用于修筑路面基层、公路路面和填筑公路路堤。其中粉煤灰修筑路面基层通过 上世纪8 0 年代的大量试验研究和工程实践已逐步总结出一套材料组成设计及施工 方法，并在19 8 5 年列入交通部规范。19 8 9 年交通部将粉煤灰筑路技术列为19 8 9 年 1 9 9 1 年重点新技术推广项目，并于1 9 9 3 年颁布公路粉煤灰路堤设计与施工技术 规范( j t j 0 1 7 9 3 ) 。用粉煤灰修筑的路面基层现为全国各地所采用，成为公路路面 尤其是高等级路面基层的主要结构形式之。 粉煤灰在港dt 程也得到广泛应用。港i ：i - 1 - 程应用粉煤灰主要有以下两个方面： 一是做港工混凝土的掺合料，部分替代水泥，节省材料造价，同时改善混凝土的性 能；另一是做港口工程填料，大量利用粉煤灰，变废为宝，同时也可缓解港口建设 与港口填料资源之间越来越突出的矛盾。 1 9 8 5 年，对“粉煤灰混凝土的抗碳化和钢筋锈蚀性能”进行了技术鉴定，一系列 的调查结果表明：在保持2 8 d 强度不低于同标号不掺粉煤灰的混凝土前提下，用粉 煤灰取代部分水泥，粉煤灰混凝土的抗碳化性能与同标号普通混凝土相当。 1 9 8 5 年对“商品混凝土搅拌站外掺散装磨细粉煤灰的应用技术“组织了鉴定，证 明了集中搅拌站掺质量可靠的粉煤灰可进一步发挥商品混凝土和泵送混凝土的优 势。这项成果在国内首次为现浇混凝土实现社会化商品生产，实行现浇混凝土现场 文明施工提供了成套技术。在建筑物上部结构中使用粉煤灰，掺量控制在混凝土中 胶结材总量的1 5 - - - 3 0 范围内，可使商品混凝土中单位水泥用量减少5 - - - 1 5 。 掺磨细灰泵送混凝土可以在保持原强度与和易性的前提下，大幅度减少单位体积水 泥用量和需水量，这是磨细灰泵送混凝土获得良好经济效益的重要因素之一。上世 纪9 0 年代初，水利部等制订了g b j l 4 6 9 0 粉煤灰混凝土应用技术规范。 随着粉煤灰混凝土应用技术的发展，开展以粉煤灰形貌学为主要内容的研究， 如扫描电镜等微观研究、配合系统的粉煤灰资源研究、粉煤灰在混凝土中的应用基 础研究、性能研究、工程研究等，深化了对粉煤灰的认识，进一步认识到对粉煤灰 效应，即“形态效应”、“活性效应”、“微集料效应”等，必须在应用技术中得到充分 地运用，才能控制和保证粉煤灰混凝土的质量。同时也证实了粉煤灰在混凝土中的 应用存在着一定的“负因素”和“变异性”。只有开发产品粉煤灰和选用符合质量要求 的原状灰，并在混凝土中合理使用，才能符合各种类别和不同等级的混凝土的质量 要求。这样，粉煤灰才能用作混凝土的基本材料之一，甚至用来配制特种用途的混 凝土。 目前，这方面的科学技术研究和开发的重点是将已开发的新品种如i 级粉煤灰、 高钙粉煤灰转化( i - 海目前已有地方标准) 为生产力，同时研究大量推广的级灰 在混凝土中的应用，进一步结合重大工程建设项目，开展提高粉煤灰混凝土质量的 基础研究以及特种用途的粉煤灰混凝土研究等。 4 第1 章引言 在粉煤灰混凝土应用于桥梁方面，我国较早将粉煤灰应用于桥梁桩基础的是广 东省的虎门大桥和太平大桥，粉煤灰掺量为l o 2 0 。山西省在运城三门峡高 速公路特大桥桥基也采用了粉煤灰混凝土灌注桩基础，粉煤灰掺量为10 ，都取得 了良好的效果。英国中央发电局所属企业进行过粉煤灰掺量占胶结料总量6 0 的混 凝土在立交桥中的应用的研究 摘自冯乃谦的实用混凝土大全，北京，科学出版 社2 0 0 1 年 。在国内较高掺量粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用，还没有较多的涉 及。本论文将对高掺量粉煤灰混凝土在桥梁工程的应用，进一步进行拓展研究。 1 3 主要研究内容 主要研究内容包括以下几个方面： 1 、高掺量粉煤灰混凝土力学性能与工作性的研究； 2 、高掺量粉煤灰混凝土耐久性的研究； 3 、桥梁工程粉煤灰混凝土粉煤灰合理掺量的研究； 4 、桥梁工程粉煤灰混凝土施工工艺的研究。 第2 章粉煤灰混凝土配合比及使用性能的试验研究 第2 章粉煤灰混凝土配合比及使用性能的试验研究 山西省具有丰富的粉煤灰资源，本章针对高速公路工程中桥梁建设的需要，开 展粉煤灰混凝土在桥梁工程中的应用研究，以起到降低工程造价，并获得良好的经 济效益和社会效益。 试验的主要内容包括：粉煤灰混凝土原材料基本物理、力学性能试验、配合比 试验，并针对不同外加剂和不同粉煤灰掺量下混凝土抗碳化、抗冻融、干缩等试验 研究，探索其变化规律和对混凝土中长期性状的影响。 2 1 原材料及其性能 配合比试验研究选用的原材料，根据试验工程的实际情况选取，汇总表2 1 。 表2 1 选取的原材料 试验工程 原材料 忻阜高速公路立交桥运城绕城高速公路跨线桥 太原水泥厂狮头牌强度等级为4 2 5 号普 通硅酸盐水泥( 用于桩基、墩柱、承台) ：闻喜水泥二厂4 2 5 号普通硅酸盐水泥( 用 水泥 盂县水泥厂强度等级为3 2 5 号普通硅酸于灌注桩) 盐水泥( 用于系梁、盖梁) 砂忻州云中河中砂夏县白沙河中砂 碎石忻州马圈石料厂石灰岩碎石翼城上王乡石灰岩碎石 朔州一电厂l l 级粉煤灰( 用于系梁、墩 粉煤灰柱) ；太原一电厂i i 级粉煤灰( 用于桩基、太原一电厂级粉煤灰 承台) 山西生产的缓凝高效减水剂南京生产的缓凝高效减水剂 外加剂 ( 以后简称“山西外加剂”)( 以后简称“南京外加剂”) 2 1 1 水泥 2 1 1 1 试验项目 l 、标准稠度； 2 、凝结时间( 初、终凝) ； 3 、安定性； 4 、抗压强度( 3 d 、2 8 d ) ； 5 、抗折强度(